1、技 术 总 结（隧道洞内岩溶段长大管棚施工技术）1 隧道典型溶洞简介隧道开挖施工至 DK210+185 时，拱顶左侧夹泥层出露明显，开始塌方掉块，拱 顶右上方出现一个宽约 1.8m、长约 2.5m 的溶洞，垂直向上发育，呈上大下小的漏斗状，于地表联通。溶腔充填物为黏土，棕红色、含水饱和，夹杂碎石，出碴过程中溶洞填充物迅速塌落，涌泥量达到 70m3，掌子面全部被封堵，超前小导管被压 弯、脱落；溶洞壁岩石 为灰岩，弱风化、无渗水、稳定，该处埋深约 52m；溶洞洞内塌坍后 对应里程段地表出现一个长6.5m、宽 4m、深 2.5m 的陷坑。2 施工方案确定根据现场地质雷达探测资料表明， DK210+1
2、85 前方仍为溶洞及夹泥层，为此施工采用一环长管棚，以策安全；为便于管棚工作室的开挖，从钢 架安装开始里程处DK210+177，即溶洞口向小里程退后 8m 开始打一环长管棚，配合格栅钢架施工，管棚纵向长度 20m，环向间距 40cm。管棚由钢管和钢架组成，并辅助锚杆和喷射砼，管棚采用外径 108mm、壁厚 9mm 的热轧 无缝钢管， 环向间距 40cm，共计 32 根，预留止浆段长1.5m，钢管壁上打直径 10mm 渗浆孔，相 临渗浆孔间距 30cm，第一节管头做成锔齿状，接头采用丝扣连接，丝扣长度 10cm，丝纹与钻机相配套。3 洞内大管棚作用机理首先，大管棚起到纵向梁的作用。大管棚施工后，
3、隧道拱部的围岩应力由大管棚承载，纵向使应力重新分布，以释放某一部位的集中 应力，降低或减缓围岩的不稳定趋势。其次，大管棚起到超前支护的作用。大管棚施工后，承担了初期支护工作面至隧道开挖掌子面段土体的围岩应力，同时由于大管棚注 浆后浆液向岩体渗透 扩散，在拱部形成一 层硬壳，起到一个保护伞的作用，防止土体坍塌。另外大管棚还起到联合支护作用。与开挖后喷射混凝土、钢架支撑、挂网、系统锚杆形成一套有机的联合支护体系，同时也作为隧道永久结构承载的部分。4 施工工艺4.1 管棚施工机具的选择：管棚施工段围岩较差，施工机具的选择十分重要，在康家村隧道管棚施工中前后使用了冲击钻和冲击回转钻两种机型；冲击钻依靠
4、高压空气作为动力，体积小，自重轻，其钻头为大口径合金钻钻进，将岩石挤压成粉末由高压空气从孔内吹出，遇黏土时易堵塞钻头；其钻孔速度相对较快， 约 1520 分钟/m ，钻孔深度最大 50m，但受其成孔机理的影响，部分碎石屑或黏土贴在孔壁上，成孔后极易塌孔， 钢管送入困难，需用挖机顶进。冲击回转钻用电动机作为动力，体 积较大， 钻头为锔齿状合金 钢管，长 34m，钻机扭矩大，钻孔速度相对较慢，遇岩石可取芯，遇黏土溶为泥水从孔口流出，不易塌孔，钻孔深度可达 100m，管棚采用丝扣连接，钢管利用钻机送入方便。在综合比较后，施工选用冲击回转钻进行钻孔。4.2 管棚工作室：DK210+177 至小里程段围
5、岩整体性好，全部为灰岩，无渗水，稳定性好，在综合考虑管棚机具结构尺寸大小、接管 长度、 钢管长度、外插角、送管难易程度等问题后，确定在 DK210+173+177 段开挖管棚工作室， 钢管标准长度为 9.0m，管棚长度拟按4+5+4+5+2=20m 或 5+4+5+4+2=20m 进行搭配，所以管棚工作室纵向开挖按 4.0m 施做，环向扩大 0.8m，仅扩大拱部，扩挖后及时挂钢筋网喷射 C20 砼 8cm 进行支护，钢筋网网格参数 2020cm。DK210+177+177.5 段用风镐沿钢架外轮廓开挖 30cm，用于安装套管。4.3 工作平台的搭建及套管安装：管棚工作室施工完成后开始搭建钻机工
6、作平台，采用普通钢管搭建，铺上木板，要保证结构有足够的承载能力和工作空 间，铺设枕木以便于钻机在小范围内升降；在管棚工作室上随机打 3.0m 长砂浆锚杆，砂浆锚杆出露 40cm，制成弯勾，用于固定钻机。钻机的固定对管棚钻孔效果起着决定性作用，管棚环向间距较小，钻机如果不稳定，钻孔角度就很 难保证，极易出 现窜孔现象。平台接建好及时在钢架上安装套管，套管采用壁厚 3mm、直径 150mm 的无缝钢管，长 1.0m，安装里程为 DK210+177+178m，以便于钻头定位。在格栅钢架外轮廓线上按环向 40cm 均匀布置好套管，调整好套管角度，用钢筋焊接在格栅钢架外轮廓上，管间用 C20 喷射砼填满
7、，以保证套管稳固。施工完成后管棚工作室采用二衬砼进行回填。4.4 管棚预制：管棚采用外径 108mm、壁厚 9mm 的热轧无缝钢管， 环向间距 40cm，共 计32 根，预留止浆段长 1.5m，钢管壁上打直径 10mm 渗浆孔，相临渗浆孔间距 30cm，第一节管头做成锔齿状，接头采用 丝扣连接， 丝扣长度 10cm，丝纹与钻机要配套。每孔各节钢管预制好以后要进行试接，并按 顺序进行编号。钢管制作示意图4.5、测定孔位及钻孔 清孔不少于两次，以保证送管 顺利，完成后利用 钻机安装钢 管，人工抬管至工作面，先将钢管丝扣与钻机对接，然再将 钢管之间的丝扣对接。4.5.1 孔位测定：钻孔前按五寸台画出
8、管棚位置及轮廓线（按开挖轮廓线放大 30cm ) ，按孔间距定出孔位，并能满足和 设计要求，如开始位置在 软弱 带或夹泥砂带时，可适当变动孔位，但范围30cm；钻孔面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙，并确保 钻孔面不出现坍塌。4.5.2 钻孔4.5.2.1 钻机钻头直径 120mm，成孔直径 130mm，钻孔时从下向上施钻，间隔打孔；钻孔前先检查钻机各部位运转是否正常， 对非正常部位进行更换 ，检查水压能否达到施工要求。 4.5.2.2 因该段超前小导管外插角设计为 5，且考虑钻头在自重作用下，钻孔越深其钻头会向下倾斜，所以应设置一定的上抬量，故外插角拟安 10施做，即管 轴线与开挖外缘线
9、夹角 10；钻至溶洞段 时应减小钻头推力，缓慢钻进，遇岩石时可适当加大推力，快速 钻进。4.5.2.3 钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到夹泥夹沙层时，控制钻进速度，避免夹钻现象。钻孔根据情况确定是否加泥 浆或水泥浆钻进，当 钻至砂 层易坍孔时，应加泥浆护璧方可继续钻进；如坍孔较严重时，可加水泥 浆或化学浆液护璧 继续进行，如不能成孔 时，可加套筒或将钻头直接焊在钢管前端钻进。 4.5.2.4 为避免 钻杆太长钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象，开钻上挑角度就控制在 35 之间，并随时检查角度值和钻进方向。 4.6 安设管棚、钢筋笼 4.6.1 钻孔好后及时安设管棚钢管，避免出 现
10、坍孔。4.6.2 钢管安装困难时，可用卷 扬机反压顶入或用其它方式将 钢管顶至设计位置。4.6.3 钢管和钢筋笼应在场外先行预制加工，到施工 场地后再接 长。4.6.4 钢管逐节顶入，采用丝扣 连接，保 证钥管间的连接强 度；钢管安装到位后，再将钢筋笼放人钢管内，钢筋笼采用焊 接连接焊接长度满足规范要求。管头外露 20cm，焊上 30mm小钢管以备注浆之用，管棚钢 管与套管间隙用高标号水泥砂 浆或速凝剂封堵， 长度小于10cm，注浆管焊 接在管头上方，以便于封管。4.6.5 及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实，在 钢管外露端 焊上法兰盘，并 检查焊接强度和密实度。4.7 注浆钢管安装完成后及时压
11、注水泥浆，水泥 浆液水灰比 1：0.6 1：1，因岩溶段 围岩松散，注浆量常超过计算量，故注浆时 以注浆压力作为主控项目，注浆压力为 12.5Mpa，浆液注满后再持荷 23 分钟，使浆 液扩散范围增大，保 证浆液在管内渗浆饱满；注浆量作为次控项目，有时溶洞可能相连通或 围岩松散，易 发生跑浆现象，当注浆量超过计算量的 23倍时也可停止注浆。4.7.1 注浆前先检查管路和机械状况，确 认正常后做压浆试验 确定合理的注浆参数，据此施工。4.7.2 注浆采用水泥一水玻璃利用三通管同时注入，水泥 浆 必须拌制均匀，并按比例与水玻璃浆液注入。 4.7.3 注浆过程中随时检查孔口、 邻孔、河沟、覆盖层较薄
12、部位有无串浆现象，如发现串浆现象，立即停止注浆或采用间 歇式注浆封堵串浆口，或采用麻纱、木楔、快硬水泥砂 浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时 再继续注浆。4.7.4 单液注水泥浆压力突然升高，可能 发生堵管， 应停机 检查；双液注水泥与水玻璃浆如压力突然升高，则关停水玻璃 泵， 进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆水泥浆单液和水泥与水玻璃双液注 浆进浆盆很大， 压力 长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间 ，进行小盆低压力注浆或间歇式注 浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝结，但停留时间不能超过混合浆的凝胶 时间，才能避免产生注浆不饱满。4.7.5 注浆压力达到 1
13、.2MPa，并持 续稳定 5min 以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。4.8 注浆效果检查 4.8.1 注浆终孔压力达到 1.0MPa，持 续稳定 5min 以上，视为该注浆孔已满足要求。4.8.2 注浆完毕用铁锤敲击钢管，如响声清脆，则说明浆液未填充满钢管，需采取补注或重注，如响声低哑，则说明浆液已填充满钢管。4.8.3 开挖后及时观察岩壁面， 钢管周围 20cm 范围岩层应被基本填密实，并作好记录。管棚示意图5 结论与体会5.1 在岩溶段管棚施工中，钻机 优选用冲击回转钻，能取芯为宜，其成孔效果相对较好。5.2 洞内施工时钻孔角度的控制是管棚施工成果的重要环节，安装套管是控制好钻孔角度的
14、有效手段，套管越长起钻角度越好控制，施钻过程可用水平尺配合 钢卷尺进行测量后推算外插角，否则易出现管棚打入洞身或 窜孔等现象，达不到预期超前支护效果。5.3 根据多次送管总结出的经验，每孔第一 节管头应制作成 锯齿状；因孔内残留物很难清理干净，管头制作成尖锥状，送入孔内越深，管头残留物堵塞的越多，送管难度越大。5.4 洞内施工管棚时工作室扩挖也对管棚送管有一定制约，需根据管棚长度及机具特点选择合理长度。5.5 尽管采用多种手段进行控制，施工中 还会出现掉钻头管棚不能送入孔内或送不到 设计长度等情况，因此可在该孔环 向位置向外移动管位， 补打管棚。5.6 注浆使用的水泥通常是普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。水泥中硅酸三钙、硅酸二钙含量多，早期强度就高，为保证注浆质量，应选用新鲜水泥。
